大气成分超光谱移动测量系统技术方案

本发明专利技术属于空气环境质量监测技术领域，具体为一种大气成分超光谱移动测量系统。本发明专利技术系统包括由安装在底板上的光源和一组反射镜组成的测量光路系统，以及由光谱仪和计算机组成的检测分析系统。测量光路系统构成一个半封闭的腔室，腔室前后两端不封闭，空气可以前后流通，利用车辆的前行运动，空气自然进入测量光路腔室，并流经测量光路实现对空气中的大气污染成分进行测量，而光谱仪和设备的电源等组成一个腔室并列在测量光路腔室的旁边。本发明专利技术系统可在移动工作状态下，无需抽气采样即可完成测量工作，与现有技术相比较省去了抽气采样部分。部分。部分。

【技术实现步骤摘要】
大气成分超光谱移动测量系统


[0001]本专利技术属于空气环境质量监测
，具体涉及一种环境空气质量的移动自动测量系统。

技术介绍

[0002]环境空气中的大气污染成分主要包括二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化氮和氨气等。对环境空气中大气污染成分的自动监测方式主要分为定点测量和移动测量两种方式。在定点监测工作方式下，监测设备一般安装在具有空调系统的站房内，在抽气泵的作用下，室外空气通过采样管进入室内，然后再被各监测设备抽取，分别进行检测分析。在移动工作方式下，监测设备通常会被安装在机动车内，利用车辆的运行进行移动监测，移动测量时，由于仪器是安装在车内，因此，也需要一根简易的采样管，设备通过采样管采集外界空气进行分析。利用采样管采样的测量系统最大弊端是样气在采样管路里的损耗，特别是在空气相对湿度比较大的天气情况下，由于室内外的温度差，采样管内壁水汽的凝结对于水溶性较强的气体，比如氨气，会产生很大的影响。另外，由于采样管存在，使得室外空气要经过一定的时间才能进入分析设备，因此，设备的响应时间也会受到影响。利用采样管采样的设备，都必须配置大功率的抽气泵持续不断的抽取外界空气供设备测量使用，增加了测量环境的噪声。
[0003]在开放光路下基于光谱分析技术的监测设备，比如长程差分光学吸收光谱仪（LP
‑
DOAS），在工作时不需要进行采样，利用光束在穿越大气时被大气成分吸收的原理实现对大气污染成分的测量。这类设备由于需要很长的测量光路（一般几十米到几百米的距离），因此，他们的光源发射端和接收端都需要稳定固定在室外，或发射端固定在室外，接收端固定在室内通过观察窗口进行观测。另外，有一种便携式的基于光谱分析技术的大气污染测量设备，利用了一个较小的样品池，让测量光路穿过样品池实现对样品池内气体的测量，这种设备可以进行移动测量，但前提还是需要将外界空气通过采样管路抽进样品池才能实现测量。
[0004]通过上述分析发现，现有的环境空气自动监测设备，无论是固定测量还是移动测量，一般都需要采样管先采样，然后再分析。对于LP
‑
DOAS设备，尽管不需要采样，但是，由于发射端和接收端之间距离太远，无法实现移动测量。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于克服现有技术中的不足，提供一种利用移动工作平台，在车辆（或其他移动平台）前行过程中、利用自然进气方法，在不需要抽气采样的情况下实现移动测量的环境空气质量自动测量系统。
[0006]本专利技术提供的移动测量环境空气质量自动测量系统，是一种大气成分超光谱移动测量系统，是基于光谱分析技术的自动监测设备，其结构如图1所示，主要包括由光源和一组反射镜组成的测量光路系统，以及由光谱仪和计算机组成的检测分析系统；所述测量光
路系统包括光源、主镜和5个次镜，均安装在一水平底板上；其中，主镜设置于光路的一端（即进气端，例如左端），以水平主轴为基准，主镜分为左半面和右半面两部分；第三次镜、第四次镜和第五次镜设置于测量光路的主镜一端，其中，光源、第三次镜设置于主镜端主轴左侧（图1中显示为下侧）位置，第四次镜设置于主镜端主轴左侧、且在主镜左边位置，第五次镜设置于主镜端主轴右侧（图1中显示为上侧）、且在主镜左边位置；第三次镜和第四次镜，以及第五次镜具有水平和俯仰方向的微调旋钮；第三次镜、第五次镜和主镜为凹面球面反射镜，第四次镜为平面反射镜；光纤的一端位于第五次镜的焦点位置，另一端与光谱仪的入射狭缝相连；第一次镜和第二次镜在测量光路的另一端（即出气端，例如右端），第一次镜和第二次镜同样具有微调功能，第一次镜和第二次镜为凹面球面反射镜；第一次镜、第二次镜和主镜具有相同的焦距，第一次镜和第二次镜平行放置，对称分布在主镜的主轴左右两侧，并且与主镜之间的距离为他们焦距的2倍。
[0007]本专利技术中测量光路系统的光路如下：光源发出的光首先照射到第三次镜上，被第三次镜反射后再经第四次镜反射，汇聚在主镜的前表面侧边外（即主镜的下半面），然后再继续向前传播照射到另一端的第二次镜上，第二次镜将照射到的光反射汇聚后，聚焦在主镜表面上，主镜再将光线反射照射到第一次镜上，光线经第一次镜反射后聚焦在主镜前表面另一侧边外（即主镜的上半面），并再继续向前传播照射到第五次镜上，最后经第五次镜反射后聚焦在光纤的入射端，再经光纤传播照射到光谱仪的入射狭缝，经光谱仪分光探测后，光谱信号经USB线传输到计算机上进行分析和存储。
[0008]本专利技术中，可通过调节第一次镜2和第二次镜3的微调旋钮控制第一次镜2和第二次镜3的反射角度，从而改变光线在主镜与第一次镜和第二次镜之间的反射次数，则相应的测量光程也会增加或减少。
[0009]以上所有的反射镜以及光源和光纤的入射端部分都固定在底板上组成测量光路系统，并构成一个独立的腔室，腔室前后两端不封闭，以便空气在腔室内流通；光谱仪和设备的电源组成一个腔室并列在测量光路腔室的旁边，实际测量时，系统被固定安装在车辆的车顶行李架上；计算机放置在车辆内，与光谱仪之间通过USB线连接。
[0010]本专利技术的测量光路单元是一个半封闭的腔室，空气可以前后流通，利用车辆的前行运动，空气自然进入测量光路腔室，并流经测量光路实现对空气中的大气污染成分进行测量，本专利技术的特点是在移动工作状态下，无需抽气采样即可完成测量工作，与现有技术相比较省去了主动采样部分。
附图说明
[0011]图1为本专利技术系统原理框图（俯视图）。
[0012]图2为系统工作过程中的安装示意图。
[0013]图3是在上海市区的一次测量结果展示。
[0014]图中标号：1为底板，2为第一次镜，3为第二次镜，4为光源，5为第三次镜，6为第四次镜，7为主镜，8为第五次镜，9为光纤，10为光谱仪，11为计算机。
具体实施方式
[0015]本专利技术提供的大气成分超光谱移动测量系统，其原理图如图1所示，主要包括由光源和一组反射镜组成的测量光路系统，以及由光谱仪和计算机组成的检测分析系统；其中，测量光路系统包括光源4、主镜7和5个次镜；主镜7设置于光路的一端（左端），以水平主轴为基准，主镜分为左半面和右半面；第三次镜5、第四次镜6和第五次镜8设置于测量光路的主镜7一端，其中，光源4、第三次镜5设置于主镜7端主轴左侧（图1中显示为下侧）位置，第四次镜6设置于主镜7端主轴左侧、且在主镜左边位置，第五次镜8设置于主镜7端主轴右侧（图1中显示为上侧）、且在主镜左边位置；第三次镜5和第四次镜6，以及第五次镜8具有水平和俯仰方向的微调旋钮；第三次镜5、第五次镜8和主镜7为凹面球面反射镜，第四次镜6为平面反射镜；光纤的一端位于第五次镜的焦点位置，另一端与光谱仪的入射狭缝相连；第一次镜和第二次镜在测量光路的另一端（右端），第一次镜2和第二次镜3同样具有微调功能，第一次镜2和第二次镜3为凹面球面反射镜；第一次镜2、第二次镜3和主镜7具有相同的焦距，第一次镜2和第二次镜3平行放置，对称分布在主镜7的主轴左右两边，并且与主镜7之间的距离为他们焦距的2倍。
[0016]系统安装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大气成分超光谱移动测量系统，其特征在于，包括由光源和一组反射镜组成的测量光路系统，以及由光谱仪和计算机组成的检测分析系统；所述测量光路系统包括光源、主镜和5个次镜，均安装在一水平底板上；其中，主镜设置于光路的一端，即进气端，以水平主轴为基准，主镜分为左半面和右半面两部分；第三次镜、第四次镜和第五次镜设置于测量光路的主镜一端；其中，光源、第三次镜设置于主镜端主轴左侧位置，第四次镜设置于主镜端主轴左侧、且在主镜左边位置，第五次镜设置于主镜端主轴右侧、且在主镜左边位置；第三次镜和第四次镜，以及第五次镜具有水平和俯仰方向的微调旋钮；第三次镜、第五次镜和主镜为凹面球面反射镜，第四次镜为平面反射镜；第一次镜和第二次镜在测量光路另一端，即出气端，第一次镜和第二次镜同样具有微调功能，第一次镜和第二次镜为凹面球面反射镜；第一次镜、第二次镜和主镜具有相同焦距，第一次镜和第二次镜平行放置，对称分布在主镜主轴的左右两边，并且与主镜之间的距离为他们焦距的2倍；光纤的一端位于第五次镜的焦点位置，另一端与光谱仪的入射狭缝相连；光谱仪与计算机连接，光谱仪得到光谱信号经USB线传输到计算机上进行分析和存储。2.根据权利要求1所述的大气成分超光谱移动测量系统，其特征在于，测量光路系统的光...

【专利技术属性】
技术研发人员：周斌，代文豪，
申请(专利权)人：珠海复旦创新研究院，
类型：发明
国别省市：